1、复合相变材料的研究进展摘要：相变材料是随温度变化而改变形态并能提供潜热的物质。本文介绍了相变材料的储热机理、相变材料的选择原则和分类以及复合相变材料的封装方法，并着重介绍了石蜡基复合相变材料、国内外相关研究进展情况及展望。关键词：相变材料；分类；封装方法；石蜡前言地球是我们赖以生存的家园。随着生活水平的提高，人类在享受的同时，却在不知不觉地破坏它。随着社会经济的飞速发展，热岛效应不断加剧，灰霾天气经常出现，我们的生存环境不断恶化。现在，随着人你们的节能环保的意识增强，建筑节能材料日益受到关注，我国“十二五”计划也在大力鼓励建筑节能材料的发展。相变调温建筑材料可以加强建筑的储热能力，利用相变材料
2、的固液相的转变时吸收和释放的热量来调节温度，这样可以降低夏季室内最高温度,提高冬季室内最低温度,减小室内空气温度波动,较长时间保持所需温度,提高室内舒适度。1 相变材料的分类相变材料的种类很多，存在形式各种各样，迄今为止，人们研究过的天然和合成的相变材料已经超过4300多种。从材料的化学组成来看，可以大致分为无机相变材料和有机相变材料两类。无机相变材料包括结晶水和盐、熔融盐、金属合金等无机物；有机相变材料包括石蜡、酯、多元醇等有机物。常见有机相变材料有高级脂肪烃类、脂肪酸或盐类、醇类、芳香烃类、芳香醇类和高分子类等。无机相变材料具有较高的熔解热和固定的熔点等优点，但绝大多数无机相变材料具有腐蚀
3、性，相变过程中存在过冷和相分离的缺点，为防止无机相变材料的腐蚀性，蓄热系统必须采用不锈钢等特殊材料制造，从而增加了制造成本。为抑制无机相变材料相变过程中的过冷和相分离，需通过大量试验研究，寻求好的成核剂和稳定剂。有机相变材料，具有固体成型性好，不易发生相分离及过冷现象，腐蚀性较小和性能稳定等优点；但有机物相变材料热导率较低。由于相变过程中的传热性能差，在实际应用中通常采用添加高热导率材料如铜粉、铝粉或石墨等作为填充物以提高热导率。近年来，复合相变蓄热材料应运而生，它既能有效克服单一的无机物或有机物相变储热材料存在的缺点，又可以改善相变材料的应用效果及拓展其应用范围。因此，复合相变储热材料的研制
4、与开发已成为蓄热材料领域的热点研究课题。2 相变材料的选择用于建筑围护结构的相变建筑材料的研制，选择合适的相变材料至关重要，应具有以下几个特点：（1）熔化潜热高，使其在相变中能贮藏或放出较多的热量；（2）相变过程可逆性好、膨胀收缩性小、过冷或过热现象少；（3）有合适的相变温度，能满足需要控制的特定温度；（4）导热系数大，密度大，比热容大；（5）相变材料无毒，无腐蚀性，成本低，制造方便。 在实际研制过程中，要找到满足这些理想条件的相变材料非常困难。因此，人们往往先考虑有合适的相变温度和有较大相变潜热的相变材料，而后再考虑各种影响研究和应用的综合性因素。3 复合相变材料的封装方法复合相变材料一般选
5、用固-液反应相变材料，固-液相变材料在相变过程中有液相产生,具有一定的流动性。因此必须有容器盛装且容器必须密封,以防止泄漏、腐蚀或污染环境,并且容器相对于相变材料必须是惰性的。目前,国内外研究的相变材料的封装方法主要有4 种:直接浸泡法、微胶囊法、定形法和多孔材料吸附法。蹇守卫等 1以水玻璃和十八烷酸为基本原料,利用两者反应生成表面活性剂十八烷酸钠来促进十八烷酸在水中的分散与形成胶束,并使由水玻璃提供的硅氧四面体SiO4完成对胶束的包裹,然后再通过调整PH值,使十八烷酸钠还原为具有相变性能的十八烷酸,通过上述方法制得的以SiO4结构为囊壁、十八烷酸为囊芯的相变微胶囊。王建平等 2采用油相包衣技
6、术制备了以含50 %正十八烷的聚乙烯(PE)定形相变材料(SSPCM)为囊心,以乙基纤维素(EC)为壁材圆柱形毫米级大胶囊。Chahroudi 3等采用直接浸泡法制备了相变储能混凝土。王芳 4试验采用混合成形烧结的方法制备出SiO2/Na2SO4复合定型相变储能材料。探讨了复合定型相变储能材料中基体材料SiO2的制备工艺和含量、相变材料含量、矿化剂含量以及烧成制度对复合相变储能材料强度和储能效果的影响。王维龙等 5采用多孔二氧化硅(SiO2)、聚乙二醇(PEG)等研究一种定形无机-有机复合相变材料的制备方法, 并加入适当的促进剂和改性剂对复合材料进行了改性。利用多孔二氧化硅具有良好的吸附性能特
7、点, 将聚乙二醇相变材料吸附在二氧化硅微孔结构内, 在毛细管力和表面张力的作用下, 聚乙二醇在发生固液相变的时候很难从二氧化硅的微孔结构内渗透出来, 从而解决了聚乙二醇在蓄热技术中应用时的液体流动问题。同时对相变材料进行了热性能分析, 实验证明该复合相变材料具有形状稳定, 导热率高储热能力大等特点。蒋达华等 6通过液相法将海泡石、月桂酸、CTAB等复合制备得到月桂酸含量为33.3 %的复合相变材料。改性海泡石能有效吸入大量的相变物质，起到了封装作用。4 石蜡基相变材料石蜡价格便宜，相变潜热约为200kj/kg，主要由直链烷烃混合而成，物理和化学性能长期稳定；热稳定性好，能反复融解、结晶而不发生
8、过冷或晶液分离现象；价格便宜、无毒且无腐蚀性等优点。同时，石蜡作为蓄热相变材料的主要缺点是热导率低、融解和凝固时的体积变化较大。将石蜡等有机相变材料与高分子材料进行复合，制备出复合定形相变材料，即在发生相变前后均呈固态而保持形体不变的相变材料。其优点是无需容器盛装，可直接加工成型，不会发生过冷现象，使用安全方便。目前相变材料的制备中石蜡基已被广泛应用。Xavier Py 7等将石蜡吸附在具有多孔结构的膨胀石墨内，构成石蜡/石墨复合相变储热材料，利用石墨具有的高热导率来提高石蜡的导热能力。袁文辉等 8以石蜡为芯材，廉价的聚脲和三聚氰胺甲醛树脂为壁材，采用原位聚合法和界面聚合法成功地制备了双壳层石
9、蜡微胶囊。杨化等 9采用一种简单的方法制备了以SiO2作为载体的石蜡复合相变材料。肖敏等 10在苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三嵌段共聚物（SBS）与石蜡共混制得定形固-液相变储热材料的基础上，针对石蜡热导率小的缺点，在其中加入了膨胀石墨，经混合热炼后得到良导热的定形相变储热材料。5 结语新型相变材料的研究才刚刚起步，目前能够真正投入生产使用的新型相变蓄热材料屈指可数，一些涉及较深入的工艺方法和技术问题还不够成熟。根据文献资料，国内外研究都基于相变材料的性能改善方面，所以应用范围也被大大限制，所以应该在相变材料与基质材料之间的结合性能、以及复合效应对复合材料的影响机制、根据不同地区的环境温度选择不同的
10、相变材料来研制一些高热力学性能和化学稳定性能好的多功能相变材料，并且将相变蓄热材料推向产业化生产，这些将是广大材料研究人员共同努力的方向。相变储能材料经过20多年的发展，其智能化功能性的特点勿容置疑。随着人们对建筑节能的日益重视，环境保护意识的逐步增强，相变储能材料必将在今后的建材领域大有用武之地，也会逐渐被人们所认知，具有非常广阔的应用前景。参考文献:1 蹇守卫，马保国，金磊，穆松，张琴. SiO2/十八烷酸相变微胶囊的制备与表征J.2008.2 王建平，王学晨，崔河，张兴祥.定形相变材料的胶囊化J.化工新型材料.2008,(6):363 Lane G A. Solar heat stora
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